高 陽(yáng),金 強(qiáng),王 浩

(中國(guó)石油大學(xué),山東 東營(yíng) 257061)

應(yīng)用統(tǒng)計(jì)法預(yù)測(cè)濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣資源量

高 陽(yáng),金 強(qiáng),王 浩

(中國(guó)石油大學(xué),山東 東營(yíng) 257061)

對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷淺層天然氣地球化學(xué)特征進(jìn)行分析,并結(jié)合氣藏地質(zhì)背景研究,在 414個(gè)淺層氣藏中識(shí)別出生物氣藏 201個(gè),并應(yīng)用分形法和翁氏旋回法預(yù)測(cè)了濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣資源量。經(jīng)預(yù)測(cè)發(fā)現(xiàn),在下一勘探階段濟(jì)陽(yáng)坳陷最可能發(fā)現(xiàn)數(shù)量多但規(guī)模小的生物氣藏,應(yīng)用分形方法預(yù)測(cè)生物氣總資源量介于 231.75×108～463.49×108m3之間,應(yīng)用翁氏旋回法預(yù)測(cè)濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣資源量約 556.44×108m3,待發(fā)現(xiàn)生物氣資源量為 401.68×108m3。此結(jié)論對(duì)研究區(qū)生物氣勘探具有十分重要的意義。

濟(jì)陽(yáng)坳陷;生物氣;資源量預(yù)測(cè);統(tǒng)計(jì)法;分形;翁氏旋回

引 言

近年來(lái)濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣勘探取得突破,在陽(yáng)信地區(qū)沙一段獲高產(chǎn)工業(yè)氣井,產(chǎn)出的天然氣以CH4為主,δ13C1小于 -55‰,是典型的生物氣[1];另外在高青 -花溝地區(qū)、陳家莊凸起南部等地區(qū)也發(fā)現(xiàn)了生物氣[2]。生物氣埋藏淺、成本低廉,可能成為濟(jì)陽(yáng)坳陷天然氣勘探的突破口,但由于缺少準(zhǔn)確的資源預(yù)測(cè)方法,生物氣的資源量還無(wú)法預(yù)測(cè)。

資源量預(yù)測(cè)是生物氣研究的熱點(diǎn)問(wèn)題,由于生物氣的生成和聚集機(jī)理尚不明確,成因法預(yù)測(cè)資源量限制條件多且可信度低,而且目前常用的生物模擬實(shí)驗(yàn)法[3-4]可重復(fù)性差且與實(shí)際地質(zhì)條件相去甚遠(yuǎn),實(shí)驗(yàn)結(jié)果能否反映地下情況尚需探討。由于濟(jì)陽(yáng)坳陷勘探程度較高,為統(tǒng)計(jì)法預(yù)測(cè)生物氣資源量提供了基礎(chǔ)[5],通過(guò)分析天然氣地球化學(xué)特征識(shí)別濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣藏,應(yīng)用分形和翁氏旋回法預(yù)測(cè)了濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣資源量。

1 濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣類型與分布

濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣有原生生物氣和原油降解氣2種成因類型,兩者在坳陷內(nèi)分布具有一定差異。

1.1 原生生物氣

原生生物氣是指烴源巖在初次沉積埋藏期生成的生物氣,其甲烷含量大于 98%,重?zé)N含量極低,干燥系數(shù) C1/C1-5>0.98,非烴組分小于 5%, δ13C1小于 -55‰(表 1)。

表 1 濟(jì)陽(yáng)坳陷原生生物氣特征

此類生物氣主要分布在凹陷邊緣的斜坡帶和埋藏淺的次級(jí)洼陷,如陽(yáng)信洼陷、邵家洼陷、花溝地區(qū),另外在東營(yíng)凹陷內(nèi)的淺層也發(fā)現(xiàn)了原生生物氣藏,如氣東 9井 Es1段 (圖 1)[6]。

1.2 原油降解氣

原油降解氣是指微生物降解原油生成的生物氣,此過(guò)程中原油稠化[7],原油降解氣多與稠油油藏伴生或在稠油油藏上傾方向。

圖 1 濟(jì)陽(yáng)坳陷不同成因生物氣分布

濟(jì)陽(yáng)坳陷與稠油伴生的天然氣可分為 2種(表 2)。第一種δ13C1小于 -50‰,C1/C1-5大于0.995,以陳家莊凸起和濱縣凸起上的天然氣為代表(圖 1);另一種為重?zé)N含量高,C1/C1-5小于 0.96,甲烷同位素值 -40‰～-50‰,以孤島凸起上的天然氣為代表。這 2種天然氣在成因機(jī)理上存在差異,前者為原油厭氧降解產(chǎn)物,后者是原油喜氧降解產(chǎn)物。

2 濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣資源潛力預(yù)測(cè)

利用天然氣組分、碳同位素?cái)?shù)據(jù),結(jié)合地質(zhì)背景分析對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷 414個(gè)淺層氣藏進(jìn)行識(shí)別,識(shí)別出生物氣藏 201個(gè),統(tǒng)計(jì)這些氣藏的儲(chǔ)量數(shù)據(jù),應(yīng)用分形法和翁氏旋回法預(yù)測(cè)了待發(fā)現(xiàn)生物氣藏個(gè)數(shù)及資源量。

表 2 濟(jì)陽(yáng)坳陷原油降解氣地球化學(xué)特征

2.1 分形法預(yù)測(cè)濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣資源潛力

近年來(lái),分形方法在預(yù)測(cè)氣田數(shù)量及其儲(chǔ)量方面得到廣泛應(yīng)用[8]。濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣藏儲(chǔ)量介于0.01×108～21.60×108m3,平均為 0.76×108m3,可將生物氣藏發(fā)現(xiàn)歷程分為早、中、晚 3個(gè)階段,各階段氣藏?cái)?shù)目約為總數(shù)的 1/3,劃分為 12個(gè)級(jí)別(表 3),自 0.01×108m3起,各級(jí)別之間儲(chǔ)量以 2倍遞增。

表 3 分形預(yù)測(cè)濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣藏資源量

通過(guò)分析發(fā)現(xiàn),濟(jì)陽(yáng)坳陷各階段生物氣藏?cái)?shù)量及其儲(chǔ)量分布具以下特征:儲(chǔ)量大的氣藏在勘探早期就被發(fā)現(xiàn),隨勘探程度提高,新發(fā)現(xiàn)氣藏規(guī)模變小,勘探晚期主要發(fā)現(xiàn)中小氣藏。單個(gè)儲(chǔ)量最大的生物氣藏在 1972年即被發(fā)現(xiàn),1976年以來(lái),儲(chǔ)量大于 10.24×108m3的氣藏?cái)?shù)沒(méi)有增長(zhǎng),氣藏的分布保持穩(wěn)定,隨著勘探進(jìn)展,小氣藏的數(shù)目卻不斷增加,概率分布近似分形分布。若氣藏累積數(shù)量與儲(chǔ)量規(guī)模之間具有分形關(guān)系,即滿足冪率分布[9-10]:

式中:r為氣藏儲(chǔ)量規(guī)模,108m3;N(r)為儲(chǔ)量規(guī)模在r以上的氣藏累計(jì)數(shù)量,個(gè);D為分形維數(shù);C為常數(shù)。

在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)系下,以氣藏累積數(shù)量N(r)為縱坐標(biāo),儲(chǔ)量規(guī)模r為橫坐標(biāo),直線段為分形曲線,直線段對(duì)應(yīng)的斜率為氣藏儲(chǔ)量分布分形維數(shù)。分形曲線向上延伸,與小氣藏的分布曲線逐漸遠(yuǎn)離,分離點(diǎn)稱之為拐點(diǎn),代表待發(fā)現(xiàn)氣藏的最高儲(chǔ)量級(jí)別。分形曲線與已發(fā)現(xiàn)氣藏儲(chǔ)量的分布曲線包圍的空間,即為待發(fā)現(xiàn)氣藏?cái)?shù)量和儲(chǔ)量規(guī)模的范圍。由圖 2可知,儲(chǔ)量規(guī)模 0.64×108m3以上的氣藏累計(jì)數(shù)量N(r)與儲(chǔ)量規(guī)模在雙對(duì)數(shù)坐標(biāo)中呈現(xiàn)線性關(guān)系,擬合方程N(yùn)(r)=56.438r-1.132,相關(guān)系數(shù)R2=0.99,說(shuō)明氣藏服從分形分布,分行維數(shù)D為1.132。氣藏儲(chǔ)量分布線的拐點(diǎn)為 0.64×108m3,可以認(rèn)為該區(qū)未來(lái)發(fā)現(xiàn)的單個(gè)氣藏規(guī)模大于 0.64 ×108m3的可能性不大。

圖 2 生物氣藏累計(jì)數(shù)量與儲(chǔ)量規(guī)模曲線

根據(jù)羅佳強(qiáng)、宋國(guó)奇 (2002)對(duì)勝利油區(qū)最小經(jīng)濟(jì)油田儲(chǔ)量規(guī)模研究的成果,將原油價(jià)格 55美元/桶對(duì)應(yīng)的常規(guī)油藏下限儲(chǔ)量換算成生物氣藏下限儲(chǔ)量為 0.08×108m3[11]。不考慮經(jīng)濟(jì)下限,濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣資源量 231.75×108～463.49×108m3,其中已發(fā)現(xiàn) 154.76×108m3,待發(fā)現(xiàn)資源量 76.99 ×108～308.73×108m3,待發(fā)現(xiàn)氣藏?cái)?shù) 4293個(gè);考慮經(jīng)濟(jì)規(guī)模下限,預(yù)測(cè)待發(fā)現(xiàn)生物氣資源量 58.56× 108～117.12×108m3,待發(fā)現(xiàn)氣藏?cái)?shù) 797個(gè)(表 3)。

2.2 翁氏旋回法預(yù)測(cè)濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣資源量

應(yīng)用泊松旋回預(yù)測(cè)模型 (即翁氏旋回模型)可對(duì)非再生性礦產(chǎn)資源資源量進(jìn)行預(yù)測(cè)。翁氏旋回是事物從興起經(jīng)過(guò)成長(zhǎng)、成熟到衰退的全過(guò)程,為收斂模型,適用對(duì)生命總量有限體系發(fā)展、消亡過(guò)程的描述和預(yù)測(cè)[12]。其數(shù)學(xué)模型為:

式中:Q為資源量;a,b為模型參數(shù),t為生產(chǎn)時(shí)間。

該函數(shù)具有單項(xiàng)泊松分布概率函數(shù)的性質(zhì),其興衰過(guò)程可概括為加速上升、一般上升、一般下降和緩慢下降 4個(gè)階段。

將濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣儲(chǔ)量按發(fā)現(xiàn)年度整理并劃分為早、中、晚 3期分別計(jì)算。實(shí)際應(yīng)用的翁氏旋回?cái)?shù)學(xué)模型為[13]:

式中:a、b、c為模型參數(shù);T為預(yù)測(cè)年份;T0為預(yù)測(cè)產(chǎn)量的起始年份。

將式 (3)改寫(xiě)為式 (4)而后兩邊取常用對(duì)數(shù)得到式(5),給定不同的b值,利用式 (5)進(jìn)行線性視差求解,在最佳擬合條件下,得到廣義翁氏模型的3個(gè)參數(shù)a、b、c的值 (表 4)。

若生物氣藏儲(chǔ)量分布符合伽馬分布,利用式(6)可以計(jì)算每一階段生物氣的資源量。

式中:Qa為某階段生物氣資源量,108m3;Γ(b+1)為伽馬分布函數(shù)。

表 4 翁氏旋回?cái)M合參數(shù)數(shù)據(jù)

應(yīng)用翁氏旋回方法對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣地質(zhì)儲(chǔ) 量進(jìn)行預(yù)測(cè),得到濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣實(shí)際儲(chǔ)量和預(yù)測(cè)儲(chǔ)量的對(duì)比圖(圖 3),計(jì)算得濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣資源量為 556.44×108m3,目前已發(fā)現(xiàn)生物氣資源量為154.76×108m3,待發(fā)現(xiàn)生物氣資源量為 401.68× 108m3。

圖 3 濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣實(shí)際儲(chǔ)量與預(yù)測(cè)儲(chǔ)量對(duì)比

3 結(jié) 論

(1)濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣有 2類,分別是原生生物氣和原油降解氣,前者多分布在凹陷內(nèi)的淺層以及次級(jí)洼陷,后者與稠油油藏密切相關(guān)。應(yīng)用天然氣組分、碳同位素?cái)?shù)據(jù)結(jié)合地質(zhì)背景分析對(duì)濟(jì)陽(yáng)坳陷414個(gè)淺層氣藏進(jìn)行識(shí)別,識(shí)別出生物氣藏 201個(gè)。

(2)應(yīng)用分形方法預(yù)測(cè)了濟(jì)陽(yáng)坳陷待發(fā)現(xiàn)生物氣藏?cái)?shù)量和資源量,若不考慮經(jīng)濟(jì)下限,其資源量為 231.75×108～463.49×108m3,其中已發(fā)現(xiàn)154.76×108m3,待發(fā)現(xiàn)資源量為 76.99×108～308.73×108m3,待發(fā)現(xiàn)氣藏 429 3個(gè);若以 0.08× 108m3為最小規(guī)模下限,預(yù)測(cè)待發(fā)現(xiàn)生物氣資源量58.56×108～117.12×108m3,待發(fā)現(xiàn)氣藏 797個(gè)。應(yīng)用翁氏旋回法計(jì)算得濟(jì)陽(yáng)坳陷生物氣資源量為556.44×108m3,待發(fā)現(xiàn)生物氣資源量為 401.68× 108m3。

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TE155

A

1006-6535(2010)06-0025-04

20100421;改回日期:20100918

中國(guó)石油天然氣股份有限公司基金項(xiàng)目“生物氣和低熟氣的形成機(jī)理、成藏富集規(guī)律及資源潛力評(píng)價(jià)”(2008A～0608)

高陽(yáng) (1982-),男,2005年畢業(yè)于西南石油大學(xué)資源勘察工程專業(yè),現(xiàn)為中國(guó)石油大學(xué) (華東)在讀博士,主要從事天然氣成藏和油氣資源預(yù)測(cè)研究工作。